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TCP协议的三次握手和四次挥手

 
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TCP/IP协议三次握手与四次握手流程解析

Http协议三次握手过程  

简述Socket,IP,TCP三次握手,HTTP协议 

TCP/IP协议的三次握手及实现原理 

 

SYN Flood攻击与防御方法

 

搞定计算机网络面试,看这篇就够了

  • 二 TCP三次握手和四次挥手(面试常客)

    • 为什么要三次握手?

    • 为什么要传回SYN(发起一个新链接)?

    • 传了SYN,为啥还要传ACK(确认序号有效)?

    • 为什么要四次挥手?

三次握手:

 

客户端–发送带有SYN标志的数据包–一次握手–服务端

服务端–发送带有SYN/ACK标志的数据包–二次握手–客户端

客户端–发送带有带有ACK标志的数据包–三次握手–服务端

 

为什么要三次握手?

三次握手最主要的目的就是【双方确认自己与对方的发送与接收是正常的】。

 

第一次握手:Client什么都不能确认;Server确认了对方发送正常

第二次握手:Client确认了:自己发送、接收正常,对方发送、接收正常;Server确认了:自己接收正常,对方发送正常

第三次握手:Client确认了:自己发送、接收正常,对方发送、接收正常;Server确认了:自己发送、接收正常,对方发送接收正常

 

所以三次握手就能确认双发收发功能都正常,缺一不可。

 

 

为什么要传回syn?

接收端传回发送端所发送的SYN是【为了告诉发送端,我接收到的信息确实就是你所发送的信号了】。

 

传了SYN,为啥还要传ACK?

双方通信无误必须是两者互相发送信息都无误。【传了SYN,证明发送方到接收方的通道没有问题】,【但是接收方到发送方的通道还需要ACK信号来进行验证】。

 

 

一、TCP报文格式

  TCP报文格式图:

 

 

  上图中有几个字段需要重点介绍下:

  (1)序号:Seq序号,占32位,用来标识从TCP源端向目的端发送的字节流,发起方发送数据时对此进行标记。

  (2)确认序号:Ack序号,占32位,只有ACK标志位为1时,确认序号字段才有效,Ack=Seq+1。

  (3)标志位:共6个,即URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN等,具体含义如下:

  (A)URG:紧急指针(urgent pointer)有效。

  (B)ACK:确认序号有效。

  (C)PSH:接收方应该尽快将这个报文交给应用层。

  (D)RST:重置连接。

  (E)SYN:发起一个新连接。

  (F)FIN:释放一个连接。

 

 需要注意的是:

  (A)不要将确认序号Ack与标志位中的ACK搞混了。

  (B)确认方Ack=发起方Req+1,两端配对。 

 

二、三次握手

TCP(Transmission Control Protocol) 传输控制协议

TCP是主机对主机层的传输控制协议,提供可靠的连接服务,采用三次握手确认建立一个连接

位码即tcp标志位,有6种标示:

 

SYN(synchronous建立联机)

ACK(acknowledgement 确认)

PSH(push传送)

FIN(finish结束)

RST(reset重置)

URG(urgent紧急)

 

Sequence number(顺序号码)

Acknowledge number(确认号码) 

establish  建立,创建

 

============================================================

https://mp.weixin.qq.com/s/B2ZRYbLIGlqsOBMjy5PY3g

三次握手流程的本质,可以这么理解:TCP的三次握手其实是双方各一次握手,各一次确认,只是其中一次握手和确认合并在一起。

 

当然也可以更通俗的去理解:

 

“喂,你听得到吗?”

“我听得到呀,你听得到我吗?”

“我能听到你”

三次握手为什么不用两次,或者四次

 

原因很简单,因为只有三次才是最合适的,三次通信是最小值,两次通信满足不了要求,而四次通信则显得冗余。

 

比如之前的三次改成两次,四次的结果就变味了。

 

两次握手:

 

“喂,你听得到吗?”

“我听得到呀”

“喂,你听得到吗?”

“草,我听得到呀!!!!”

“你TM能不能听到我讲话啊!!喂!”

“……”

四次握手:

 

“喂,你听得到吗?”

“我听得到呀,你听得到我吗?”

“我能听到你,你能听到我吗?”

 

“……不想跟傻逼说话”

============================================================

 

  所谓三次握手(Three-Way Handshake)即建立TCP连接,是指建立一个TCP连接时,需要客户端和服务端总共发送3个包以确认连接的建立。在socket编程中,这一过程由客户端执行connect来触发,整个流程如下图所示:



  


 

  (1)第一次握手:Client将标志位SYN置为1,随机产生一个值seq=J,并将该数据包发送给Server,Client进入SYN_SENT状态,等待Server确认。

 

  (2)第二次握手:Server收到数据包后由标志位SYN=1知道Client请求建立连接,Server将标志位SYN和ACK都置为1,ack (number )=J+1,随机产生一个值seq=K,并将该数据包发送给Client以确认连接请求,Server进入SYN_RCVD状态

 

  (3)第三次握手:Client收到确认后,检查ack是否为J+1,ACK是否为1,如果正确则将标志位ACK置为1,ack=K+1,并将该数据包发送给Server,Server检查ack是否为K+1,ACK是否为1,如果正确则连接建立成功,Client和Server进入ESTABLISHED状态,完成三次握手,随后Client与Server之间可以开始传输数据了。

 

 

  SYN攻击

  在三次握手过程中,Server发送SYN-ACK之后,收到Client的ACK之前的TCP连接称为半连接(half-open connect),此时Server处于SYN_RCVD状态,当收到ACK后,Server转入ESTABLISHED状态。SYN攻击就是Client在短时间内伪造大量不存在的IP地址,并向Server不断地发送SYN包,Server回复确认包,并等待Client的确认,由于源地址是不存在的,因此,Server需要不断重发直至超时,这些伪造的SYN包将长时间占用未连接队列,导致正常的SYN请求因为队列满而被丢弃,从而引起网络堵塞甚至系统瘫痪。SYN攻击时一种典型的DDOS攻击,检测SYN攻击的方式非常简单,即当Server上有大量半连接状态且源IP地址是随机的,则可以断定遭到SYN攻击了,使用如下命令可以让之现行:

  #netstat -nap | grep SYN_RECV

  

解决方案:

1、无效连接监视释放

2、延缓TCB分配方法

当开放了一个TCP端口后,该端口就处于Listening状态,不停地监视发到该端口的Syn报文,

一旦接收到Client发来的Syn报文,就需要为该请求分配一个TCB(Transmission Control Block),并返回一个SYN ACK命令,立即转为SYN-RECEIVED即半开连接状态。

通常一个TCB至少需要280个字节,在某些操作系统中TCB甚至需要1300个字节,而某些操作系统在SOCK的实现上最多可开启512个半开连接

 

消耗服务器资源主要是因为当SYN数据报文一到达,系统立即分配TCB,从而占用了资源。

解决:

收到SYN数据报文时不急于去分配TCB,而是先回应一个SYN ACK报文,并在一个专用HASH表(Cache)中保存这种半开连接信息,直到收到正确的回应ACK报文再分配TCB。

 

3、使用SYN Proxy防火墙

 

很多防火墙中都提供一种SYN代理的功能,其主要原理是对试图穿越的SYN请求进行验证后才放行

 

 

 

三、四次挥手

 三次握手耳熟能详,四次挥手估计就..所谓四次挥手(Four-Way Wavehand)即终止TCP连接,就是指断开一个TCP连接时,需要客户端和服务端总共发送4个包以确认连接的断开。在socket编程中,这一过程由客户端或服务端任一方执行close来触发,整个流程如下图所示:



 

  由于TCP连接时全双工的,因此,每个方向都必须要单独进行关闭,这一原则是当一方完成数据发送任务后,发送一个FIN来终止这一方向的连接,收到一个FIN只是意味着这一方向上没有数据流动了,即不会再收到数据了,但是在这个TCP连接上仍然能够发送数据,直到这一方向也发送了FIN。首先进行关闭的一方将执行主动关闭,而另一方则执行被动关闭,上图描述的即是如此。

 (1)第一次挥手:Client发送一个FIN,用来关闭Client到Server的数据传送,Client进入FIN_WAIT_1状态。

  (2)第二次挥手:Server收到FIN后,发送一个ACK给Client,确认序号为收到序号+1(与SYN相同,一个FIN占用一个序号),Server进入CLOSE_WAIT状态。

 (3)第三次挥手:Server发送一个FIN,用来关闭Server到Client的数据传送,Server进入LAST_ACK状态。

  (4)第四次挥手:Client收到FIN后,Client进入TIME_WAIT状态,接着发送一个ACK给Server,确认序号为收到序号+1,Server进入CLOSED状态,完成四次挥手。



 

 

  上面是一方主动关闭,另一方被动关闭的情况,实际中还会出现同时发起主动关闭的情况,具体流程如下图:



  

  流程和状态在上图中已经很明了了,在此不再赘述,可以参考前面的四次挥手解析步骤。

 

四、附注

  关于三次握手与四次挥手通常都会有典型的面试题,在此提出供有需求的XDJM们参考:

  (1)三次握手是什么或者流程?四次握手呢?答案前面分析就是。

  (2)为什么建立连接是三次握手,而关闭连接却是四次挥手呢?

 

  这是因为服务端在LISTEN状态下,收到建立连接请求的SYN报文后,把ACK和SYN放在一个报文里发送给客户端。而关闭连接时,当收到对方的FIN报文时,仅仅表示对方不再发送数据了但是还能接收数据,己方也未必全部数据都发送给对方了,所以己方可以立即close,也可以发送一些数据给对方后,再发送FIN报文给对方来表示同意现在关闭连接,因此,己方ACK和FIN一般都会分开发送。

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